Freeze Light: `ஒளியை உறைய வைத்த இத்தாலி விஞ்ஞானிகள்' - கற்பனைக்கு எட்டாத சாதனை; நன்மைகள் என்ன?

ஒளியை உறையவைத்த ஆராய்ச்சியாளர்கள்

நாடோடியாக வாழ்ந்த மனிதன், நிலையாக ஓரிடத்தில் தங்கி வசிக்க ஆரம்பித்தான். அப்போது, அரிசி, பருப்பு போன்ற திடப் பொருள்களைச் சேகரித்து வைப்பது எளிதாக இருந்தது. ஆதி மனிதனுக்குத் தண்ணீர் மற்றும் எண்ணெய் போன்ற திரவப் பொருளைச் சேகரித்து வைப்பது சவாலாகத்தான் இருந்திருக்கும். தோல் பைகளும், சுட்ட மண்பாண்டங்களும் கண்டுபிடித்தப் பின்னரே திரவப் பொருள்களின் சேகரிப்பு சாத்தியப்பட்டிருக்கும்.

அறிவியல் தொழில்நுட்பம் வளர்ந்த இந்த யுகத்தில், இன்றைய மனிதன் ஒளியைப் பிடித்துக் கூண்டுக்கு அடைத்து வைக்க முயல்கிறான். ஆமாங்க, இத்தாலிய ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒளிக்கதிரைத் திடப் பொருளாக மாற்றியுள்ளனர்.

பாய்ந்தோடும் ஒளியை எப்படி கெட்டியான திடப் பொருளாக அவர்கள் மாற்றினார்கள், அதனால் என்ன நன்மை என்பதை இந்த கட்டுரையில் விரிவாக காண்போம்.

ஒளியின் முக்கிய பண்புகள்

மூக்குக் கண்ணாடி ஒளியை நன்கு ஊடுருவ அனுமதிக்கிறது. ஆனால் முகம் பார்க்கும் கண்ணாடி தன்மேல் படும் ஒளியை   திருப்பி அனுப்பிவிடுகிறது. கரி போன்ற பொருள்கள் தன்மேல் படும் ஒளியைத் உறிஞ்சி தனதாக்கிக் கொள்கிறன.

உலகில் உள்ள பொருள்கள் எல்லாம் இந்த மூன்றில் ஒன்றையோ அல்லது ஒன்றிற்கு மேற்பட்ட பண்புகளையோ கொண்டிருக்கும். மேலும் புகைப்படக் கருவிகள் ஒளியினை அதன் பண்பு மாறாமல் பதிவிட்டுக் காட்டுகின்றன.

ஒளி ஒரு வினாடிக்குச் சுமார் 3 லட்சம் கிலோமீட்டர் வேகத்தில் பயணிக்க வல்லது. இவ்வளவு வேகத்தில் செல்லும் ஒளி, துகள்கள் போலவும் அலைகள் போலவும் இரு வேறு பண்புகளைக் கொண்டது.

இத்தாலி தேசிய ஆராய்ச்சி கழகம்

இத்தாலியில் தேசிய ஆராய்ச்சி கழகம் (Council of National Research, CNR) என்ற ஒரு நிறுவனம் உள்ளது. இங்குப் பணியாற்றும்  டி ட்ரைபோஜியார்கோஸ்  (D Trypogeorgos)  என்ற விஞ்ஞானியின் குழுவினர்  ஒளியின் பண்புகளை ஆராய்ச்சி செய்து வந்தனர். சில வாரங்களுக்கு முன்பு அவர்கள் ஒளியை உறைய வைத்துத் திடப்பொருளாக மாற்றியுள்ளனர். இந்தக் கண்டுபிடிப்பு ஒரு பெரும் சாதனையாகக் கருதப்படுகிறது.

இந்த இத்தாலிய ஆராய்ச்சியாளர்கள் அலுமினியம் காலியம் ஆர்சனைடு ஆகிய வேதிப் பொருள்களால் செய்த குறைக் கடத்தியைக் (செமிகண்டக்டர்) கொண்டு ஒரு குறுகிய வழித்தடத்தை உருவாக்கியுள்ளனர். இதனைக்  மிக  குறைந்த வெப்பநிலையின் எல்லைக்கு அருகே  (obsolte zero degree) கொண்டு வைத்துள்ளனர்.

அது என்ன `மிக குறைந்த வெப்பநிலையின் எல்லை'?

“மிக  குறைந்த வெப்பநிலையின் எல்லை” குறித்து பார்ப்போம்.

சூரியனின் மேற்பரப்பு வெப்பநிலை 5600 டிகிரி ஆகும். நம் வீட்டில் உள்ள குளிர்சாதனப்பெட்டியில் பொதுவாக இரண்டு அறைகள் இருக்கும். முதல் அறை பெரிதாக இருக்கும். இதனில் காய்கனிகள் மற்றும் பால் போன்ற உணவுப் பொருள்களைச் சேமித்து வைத்திருப்போம். இந்தப் பகுதியின் வெப்ப நிலை சுமார் 4 டிகிரி இருக்கும்.

அடுத்த அறை சற்று சிறியதாக இருக்கும். இதனில் ஐஸ் கிரீம் மற்றும் பதப்படுத்தப்பட்ட இறைச்சி போன்றவற்றை வைத்திருப்போம். இந்த அறையின் வெப்பநிலை பூஜ்ஜியத்திற்குக் கீழே 20 டிகிரியாக இருக்கும். இதனை -20 டிகிரியென அழைப்பார்கள். இதற்கு கீழேயும் வெப்பநிலையைக் குறைத்துக் கொண்டே போகலாம்.

பூஜ்ஜிய வெப்பநிலை

உதாரணமாக நைட்ரசன் வாயுவைத் திரவமாக்கலாம். இந்த திரவ நைட்ரசனின் வெப்ப நிலை -196 டிகிரி!  இந்த வெப்பநிலையில் உயிரினங்களில் உள்ள செல்களில் எந்த வினையும் நடக்காது. அதனால் `-196 டிகிரியை உயிரில் பூஜ்ஜிய வெப்பநிலை' என அழைக்கின்றனர். இந்த வெப்பநிலையில் நம் உடலில் உள்ள செல்களை வைத்துப் பல கோடி ஆண்டுகள் உயிருடன் பாதுகாக்க முடியும்! 

வெப்பநிலை மேலும் குறைக்கவும் வசதிகள் உள்ளது. இப்படிக் குறைத்துக் கொண்டே போனால் -273.15 டிகிரி வரைதான் செல்ல முடியும். இதற்கும் கீழே வெப்பநிலை இல்லை. காரணம் இந்த வெப்பநிலையில் அனைத்து அணுக்களின் ஓட்டமும் நின்றுவிடும்.

உதாரணமாகத் தண்ணீர் மூலக்கூறு தலைதெறிக்க மிக வேகமாக ஓடிக் கொண்டே இருந்தால் அது கொதிக்கும் வெந்நீர் எனப் பொருள்.

குளத்தில் இருக்கும் தண்ணீரில் உள்ள மூலக்கூறுகள் இங்கும் அங்கும் மெல்ல நகர்ந்து கொண்டேதான் இருக்கும். தண்ணீரில் உள்ள மூலக்கூறுகளின் நகர்வை முற்றிலும் நிறுத்தினால் அது பனிக்கட்டியாக உருவெடுக்கும். அதாவது தண்ணீர் மூலக்கூறுவின் ஒட்டத்தை முற்றிலும் நிறுத்த வெப்பநிலையை பூஜ்ஜிய டிகிரிக்கு கொண்டு வந்தாலேயே போதுமானது.

தண்ணீர் மூலக்கூறு மொத்தம் மூன்று அணுக்களால் ஆனது. இதனில் இரண்டு ஹைட்ரசன் அணுக்களும் ஒரு ஆக்சிசன் அணுவும் உள்ளன.

வாயு நிலையில் உள்ள அணுக்களின் நகர்வை முற்றிலும் நிறுத்த -273.15 டிகிரி தேவைப்படுகிறது. அணுக்களின் ஓட்டம் நின்றால் வெப்பநிலை அதற்கும் கீழே செல்லாது. காரணம் வெப்பம் என்பது  அணுக்களின் ஓட்டத்தாலேயே உருவாகிறது. அதனால் இந்த -273.15 டிகிரியை மிக  குறைந்த வெப்பநிலையின் எல்லை என அழைக்கின்றனர்.

ஒளியைத் திடப் பொருளாக மற்றம்

கிட்டத்தட்ட இந்த வெப்பநிலையில் அலுமினியம் காலியம் ஆர்சனைடு குறைக்கடத்தியால் உருவாக்கப்பட ஒரு குறுகிய வழித்தடம் வழியாக லேசர் ஒளிக்கற்றைகளைப் பாய்ச்சினார்கள். ஒளி இதன் வழியாகப் பயணிக்கும்போது இந்தக் குறைக்கடத்தியின் மேல் பட்டுப் போலரிட்டான்களை (polaritons) உருவாக்கியது.

போலரிட்டான் என்பது அலை வடிவிற்கும் துகள் வடிவிற்கும் இடைப்பட்ட பொருளாகும். மிகக்குறைந்த வெப்பநிலையில் இவை குறைக்கடத்திகளுடன் ஒருங்கிணைந்து திடப் பொருளாக மாற்றியது. அதாவது ஒளியைத் திடப் பொருளாக மாற்றியுள்ளனர். இந்தக் கெட்டியானவையான ஒளியை சூப்பர் திட்டப் பொருள் என அழைக்கின்றனர்.

காரணம் சாதாரணமான திடப் பொருள்கள் அவை இருக்கும் தளத்துடனும் தன்னை சுற்றி உள்ள காற்றுடனும் உராய்ந்து கொண்டுதான் நகர முடியும். ஆனால் இந்தக் கெட்டியாக்கப் பட்ட ஒளியோ நகரும்போதுரும்போது எதனுடனும் உராய்வதில்லை ! அதனால் இதனைச் சூப்பர் திடப் பொருள் என அழைக்கிறனர். இந்தச் சூப்பர் திடப் பொருள் குவாண்டம் நிலையில்தான் சாத்தியமாகும்.

அது என்ன குவாண்டம் நிலை?

குவாண்டம் என்பது அணுக்களில் உள்ள எலக்ட்ரான், புரோட்டான், நியூட்ரான்களைவிட சிறிய பொருள்களைப் பற்றி கூறுவது ஆகும்.

உதாரணமாக ஒளி அடிப்படையில் ஃபோட்டான்கள் என்ற துகள்களால் ஆனது. இந்த ஃபோட்டான்களை மிகக் குறைந்த வெப்பநிலையில் அனுப்பி வைத்தனர். அப்போது அவை ஒரு திடப் பொருளைப் போல நடந்து கொள்ளத் தொடங்கின.

 திடப் பொருட்களுக்குப் பாகுத்தன்மை இருக்காது. பாகுத்தன்மையை பிசுபிசுப்புத்தன்மை என்றுகூடச் சொல்லாம். இதனை ஆங்கிலத்தில் viscosity என அழைப்பார்கள். இந்தப் பிசுபிசுப்பு திரவங்களில்தான் காணப்படும். அதுவும் எண்ணெய் வகைகளுக்கு இந்தப் பண்பு அதிகமாக இருக்கும்.

என்ன பயன்கள்?

திடப் பொருளாக மாறிய ஒளி, தூய உப்புக்கற்கள் போன்று சிறிதளவும் பிசுபிசுப்புத்தன்மை இல்லாமல் இருந்ததாம். இப்படி ஒளியைக் கெட்டியாக்கியது நம்பமுடியாத மற்றும் கற்பனைக்கு எட்டாத சாதனையாகும். இந்தக் கண்டுபிடிப்பு ஒளியில் உள்ள அடிப்படை துகள்களின் தன்மையைப் புரிந்துகொள்ள உதவும். கெட்டியான ஒளியினைக் கொண்டு, எதிர்காலத்தில் தகவல்களைச் சேமித்து வைக்கும் புதிய தொழில் நுட்ப முறைகளை உருவாக்க உதவும். இதன் மூலம் கணினி, மற்றும் அதிநவீன கண்ணாடி சார்ந்த தொழில்நுட்பங்கள் வியக்கத் தக்க வகையில் முன்னேற்றமடையும்.

மேற்கண்ட இந்தக் கண்டுபிடிப்பு நேச்சர் என்ற புகழ்பெற்ற ஆராய்ச்சி பத்திரிகையில் வெளிவந்தது.

எதிர்காலத்தில் கைவிளக்கிற்குப் பதில் ஒளியைப் பொட்டலம் போட்டுக் எடுத்துச் செல்லவும் வாய்ப்பு வருமோ எனவும் சிந்திக்கத் தோன்றுகிறது.  மேலும் வருங்காலத்தில் முகத்தை ஒப்பனை செய்து பளீர் என ஜொலிக்க ஒளி கலந்த பசைகள் வந்தாலும் ஆச்சரியமில்லை.

நாம் ஒளியின் வேகத்தில் பயணிக்க இன்று வழி எதுவுமில்லை. ஒருவேளை எதிர்காலத்தில் வினாடிக்கு 3 லட்சம் கிலோமீட்டர் வேகத்தில் பயணிக்க முடிந்தால், வேகத்தைக் கட்டுப்படுத்தி மீண்டும் இயல்பு வாழ்விற்குத் திரும்ப இந்த ஒளியைத் திடப் பொருளாக மற்றும் இந்தத் தொழில்நுட்பம் உதவலாம்.